CN110422844A - 一种以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法，包括：脱白除尘后的烟气进入预处理塔，预处理塔塔顶采出烟气中的轻组分，下部侧线采出粗品二氧化碳气体进入混合器，与氧气混合并经压缩机升压后送入催化燃烧器，粗品二氧化碳中含硫、含氮化合物及烃类化合物在催化燃烧器中反应，催化燃烧器顶部采出经冷却器冷却后进入吸附塔；吸附塔将反应产酸性气、水吸附，顶部采出入低压塔；低压塔塔顶采出轻杂质，塔釜物料送至高压塔；高压塔塔顶采出入换热器换热后部分回流，部分作为二氧化碳采出。本发明以脱白除尘后烟气为原料制备7N电子级二氧化碳，可节省能耗30％以上，成本低廉，有效减少二氧化碳排放。

Description

一种以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法
技术领域
本发明涉及电子气体技术领域，涉及一种电子级二氧化碳的制备工艺，特别是涉及一种以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法。
背景技术
二氧化碳在化工、电子、冶金、食品、机械加工等诸多领域具有广泛的应用。随着电子级气体的发展，电子级二氧化碳作为清洗剂应用于发光二极管和平板显示器加工过程，电子级二氧化碳的需求量也急剧增大。然而，由于市场需求和提纯技术的限制，国内二氧化碳生产企业主要定位于工业级和食品添加剂二氧化碳，在电子级二氧化碳产品方面表现疲软，国内电子级二氧化碳主要依赖于进口。
中国专利CN201811186561X提出了一种电子级二氧化碳的制备工艺及装置，其先将液体二氧化碳气化，然后经过滤-干燥-液化-预冷-精馏诸多步骤后，可以制备6N电子级二氧化碳，其采用的二氧化碳原料中二氧化碳的纯度≥99.9vol.％，优选为99.9-99.99vol.％。
中国专利CN2018115268285提出了一种电子级超纯二氧化碳的生产方法及产品，该方法由液体二氧化碳气化、加热、脱硫、催化转化、吸附干燥、制冷、提纯等诸多操作单元，用于提纯工业级或食品级二氧化碳至电子级超纯二氧化碳。该方法对原料中二氧化碳纯度要求＞99.98％。
中国专利CN2019102077763提出了一种规模化电子级二氧化碳的生产方法及装置，该方法包括蒸馏单元、脱烃单元、脱水单元、液化单元、提纯单元和气体回收单元，制得99.999％的二氧化碳产品。然而该方法步骤复杂，设备压力高、能耗高。
中国专利CN2018110860981提出了一种采用多塔精馏联产工业级、食品级和高纯液体二氧化碳的装置及方法。采用含二氧化碳的工业尾气为原料，经压缩机加压后经过预处理工序脱除原料中沸点比二氧化碳高的重组分杂质，使原料气中的重组分杂质满足工业级产品指标，再用多塔精馏制备不同等级的二氧化碳产品。该方法原料中二氧化碳的含量94％，且含硫含氮杂质较少。
从上述对比文件可以看出，生产电子级二氧化碳对于原料中二氧化碳含量要求很高。原料中二氧化碳含量高意味着杂质含量较少，二氧化碳更容易提纯。然而，以杂质含量较高的二氧化碳原料生产电子级的二氧化碳非常困难。同时，上述对比文件中的步骤均比较复杂，且上述方法中所提到的液化、制冷、预处理、精馏等工序均消耗大量液氮或冷冻液，能耗高、成本高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种以烟气为原料制备7N电子级二氧化碳的方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法，包括步骤：
(1)脱白除尘后的烟气连续进入预处理塔T101，预处理塔T101塔顶采出烟气中的轻组分，下部侧线采出粗品二氧化碳气体进入混合器M101，底部采出重组分进入三废系统；
(2)氧气进入混合器M101与粗品二氧化碳充分混合后经压缩机C101升压后进入催化燃烧器R101，粗品二氧化碳中所含的少量含硫、含氮化合物及烃类化合物在催化燃烧器R101中充分反应，催化燃烧器R101顶部采出经冷却器E101冷却后进入吸附塔T102；
(3)吸附塔T102中内置吸附剂将反应产物中的酸性气、水有效吸附，吸附塔T102顶部采出进入低压塔T103；
(4)低压塔T103塔顶采出轻杂质，塔釜物料经塔釜泵P101输送至高压塔T104；
(5)高压塔T104塔顶采出进入换热器E102换热后，部分作为回流液返回高压塔T104，部分作为二氧化碳产品采出，塔釜采出重杂质至三废系统。
其中，所述的催化燃烧器R101中使用的催化剂为负载型的钴钼或钴钼钨催化剂，也可以采用负载型的镍钼或镍钼钨催化剂。
优选的，所述的催化燃烧器R101温度300-350℃，压力1-3MPa。
其中，所述的经吸附塔T102吸附后的原料气中S、N含量≤0.5ppm，水含量≤10ppm。
优选的，所述的吸附塔T102内置吸附剂为活性炭、氧化铝分子筛或者硅胶中的一种或多种。
优选的，所述的高压塔T104操作压力2-4MPa，低压塔T103操作压力1-2.5MPa。
优选的，所述的高压塔T104塔顶温度与低压塔T103塔釜温度温差≥12℃。
其中，所述的脱白除尘后的烟气中二氧化碳含量为10％-90％。
本发明的方法所制备二氧化碳的纯度7N，二氧化碳收率≥95％。
本发明的方法采用双效精馏精制二氧化碳，与传统精馏相比可节约能耗30％以上。
本发明以脱白除尘后的烟气为原料制备7N电子级二氧化碳，对原料中二氧化碳纯度要求低，原料成本低廉，同时有效减少了二氧化碳的排放，保护了环境；利用双效精馏工艺，可有节约能耗30％以上，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明的以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法的工艺流程图；
图中：T101-预处理塔；M101-混合器；C101-压缩机；R101-催化燃烧器；E101-冷凝器；T102-吸附塔，T103-低压塔；E102-换热器；P101-塔釜泵；T104-高压塔
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法，其步骤如下所述：原料从预处理塔T101中部进入，预处理塔中部原料进口、顶部设有塔顶采出口、下部设有侧线采出口、底部设有塔釜采出口，其中塔顶采出口采出轻组分，塔釜采出口采出重组分，侧线采出口连接混合器M101；混合器M101设有物料进口、氧气进口和原料出口，其中原料进口连接预处理塔T101，原料出口连接压缩机C101；压缩机C101设有物料进口和物料出口，其中物料进口连接混合器M101，物料出口连接催化燃烧器R101；催化燃烧器R101上部设有物料进口、顶部设有物料出口，其中物料进口连接混合器M101，物料出口连接冷凝器E101；冷凝器E101设有物料进口和物料出口，其中物料进口连接催化燃烧器R101，物料出口连接吸附塔T102；吸附塔T102底部设有物料进口、顶部设有物料出口，其中物料进口连接冷凝器E101，物料出口连接低压塔T103；低压塔T103中部设有物料进口、顶部设有塔顶采出口、底部设有塔釜采出口，其中物料进口连接吸附塔T102，塔顶采出口采出轻杂质，塔釜采出口连接T103塔釜泵P101；T103塔釜泵P101设有物料进口和物料出口，其中物料进口连接低压塔T103，物料出口连接高压塔T104；高压塔T104中部设有物料进口、顶部设有塔顶采出口、上部设有回流口、底部设有塔釜采出口，其中物料进口连接T103塔釜泵P101，塔顶采出口连接换热器E102热物料进口，回流口连接换热器E102热物料出口，塔釜采出口采出重杂质；换热器E102设有热物料进口和热物料出口，其中热物料进口连接高压塔T104塔顶采出口，热物料出口一路连接高压塔T104回流口一路采出二氧化碳产品。
实施例1
脱白除尘后的烟气连续进入预处理塔T101，预处理塔T101塔顶采出烟气中的轻组分，下部侧线采出粗品二氧化碳气体进入混合器M101，塔釜采出重组分进入三废系统。氧气进入混合器M101与粗品二氧化碳充分混合并经压缩机C101升压后进入催化燃烧器R101，催化燃烧器R101温度300℃，压力1.5MPa。粗品二氧化碳中所含的少量含硫、含氮化合物及烃类化合物在催化燃烧器R101中充分反应，催化燃烧器R101顶部采出经冷却器E101冷却后进入吸附塔T102。吸附塔T102中内置活性炭将反应产物中的酸性气、水等有效吸附，经吸附塔T102吸附后的原料气中S、N含量为0.5ppm，水含量为10ppm，吸附塔T102顶部采出进入低压塔T103。低压塔T103操作压力1MPa，塔顶采出轻杂质，塔釜物料经塔釜泵P101输送至高压塔T104。高压塔T104操作压力2MPa，塔顶采出进入换热器E102换热后，部分作为高压塔T104的回流液回流，部分作为二氧化碳产品采出，塔釜采出重杂质至三废系统。
所述的高压塔T104塔顶温度与低压塔T103塔釜温度温差16℃。
本实施例所制备二氧化碳的纯度为7N，二氧化碳收率为95％，可节省能耗35％。
实施例2
脱白除尘后的烟气连续进入预处理塔T101，预处理塔T101塔顶采出烟气中的轻组分，下部侧线采出粗品二氧化碳气体进入混合器M101，塔釜采出重组分进入三废系统。氧气进入混合器M101与粗品二氧化碳充分混合并经压缩机C101升压后进入催化燃烧器R101，催化燃烧器R101温度320℃，压力2MPa。粗品二氧化碳中所含的少量含硫、含氮化合物及烃类化合物在催化燃烧器R101中充分反应，催化燃烧器R101顶部采出经冷却器E101冷却后进入吸附塔T102。吸附塔T102中内置活性炭将反应产物中的酸性气、水等有效吸附，经吸附塔T102吸附后的原料气中S、N含量为0.35ppm，水含量为8.5ppm，吸附塔T102顶部采出进入低压塔T103。低压塔T103操作压力1.8MPa，塔顶采出轻杂质，塔釜物料经塔釜泵P101输送至高压塔T104。高压塔T104操作压力3MPa，塔顶采出进入换热器E102换热后，部分作为高压塔T104回流液回流，部分作为二氧化碳产品采出，塔釜采出重杂质至三废系统。
所述的高压塔T104塔顶温度与低压塔T103塔釜温度温差12℃。
本实施例所制备二氧化碳的纯度为7N，二氧化碳收率为96.5％，可节省能耗32％。
实施例3
脱白除尘后的烟气连续进入预处理塔T101，预处理塔T101塔顶采出烟气中的轻组分，下部侧线采出粗品二氧化碳气体进入混合器M101，塔釜采出重组分进入三废系统。氧气进入混合器M101与粗品二氧化碳充分混合并经压缩机C101升压后进入催化燃烧器R101，催化燃烧器R101温度350℃，压力3MPa。粗品二氧化碳中所含的少量含硫、含氮化合物及烃类化合物在催化燃烧器R101中充分反应，催化燃烧器R101顶部采出经冷却器E101冷却后进入吸附塔T102。吸附塔T102中内置活性炭将反应产物中的酸性气、水等有效吸附，经吸附塔T102吸附后的原料气中S、N含量为0.4ppm，水含量为9ppm，吸附塔T102顶部采出进入低压塔T103。低压塔T103操作压力2.5MPa，塔顶采出轻杂质，塔釜物料经塔釜泵P101输送至高压塔T104。高压塔T104操作压力4MPa，塔顶采出进入换热器E102换热后，部分作为高压塔T104回流液回流，部分作为二氧化碳产品采出，塔釜采出重杂质至三废系统。
所述的高压塔T104塔顶温度与低压塔T103塔釜温度温差16℃。
本实施例所制备二氧化碳的纯度为7N，二氧化碳收率为96.8％，可节省能耗30％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)脱白除尘后的烟气连续进入预处理塔(T101)，预处理塔(T101)塔顶采出烟气中的轻组分，下部侧线采出粗品二氧化碳气体进入混合器(M101)，底部采出重组分进入三废系统；
(2)氧气进入混合器(M101)与粗品二氧化碳充分混合并经压缩机(C101)升压后进入催化燃烧器(R101)，粗品二氧化碳中所含的少量含硫、含氮化合物及烃类化合物在催化燃烧器(R101)中充分反应，催化燃烧器(R101)顶部采出经冷却器(E101)冷却后进入吸附塔(T102)；
(3)吸附塔(T102)中内置吸附剂将反应产物中的酸性气、水有效吸附，吸附塔(T102)顶部采出进入低压塔(T103)；
(4)低压塔(T103)塔顶采出轻杂质，塔釜物料经塔釜泵(P101)输送至高压塔(T104)；
(5)高压塔(T104)塔顶采出进入换热器(E102)换热后，部分作为高压塔(T104)回流液，部分作为二氧化碳产品采出，塔釜采出重杂质至三废系统。
2.根据权利要求1所述以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法，其特征在于，所述的催化燃烧器(R101)中使用的催化剂为负载型的钴钼或钴钼钨催化剂，或是负载型的镍钼或镍钼钨催化剂。
3.根据权利要求1所述以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法，其特征在于，所述的催化燃烧器(R101)温度300-350℃，压力1-3MPa。
4.根据权利要求1所述以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法，其特征在于，所述的经吸附塔(T102)吸附后的原料气中S、N含量≤0.5ppm，水含量≤10ppm。
5.根据权利要求1所述以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法，其特征在于，所述的吸附塔(T102)内置吸附剂为活性炭、氧化铝分子筛或者硅胶中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法，其特征在于，所述的高压塔(T104)操作压力2-4MPa，低压塔T103操作压力1-2.5MPa。
7.根据权利要求1所述以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法，其特征在于，所述的高压塔(T104)塔顶温度与低压塔T103塔釜温度温差≥12℃。
8.根据权利要求1所述以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法，其特征在于，所述的脱白除尘后的烟气中二氧化碳含量为10％-90％。
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